Hall-effekt

Hall-effekt, (efter den amerikanske fysiker Edwin Hall, 1855-1938), galvanomagnetisk effekt, som skyldes et magnetfelts indvirkning på en elektrisk strøm. Et magnetfelt vinkelret på strømretningen i et ledende materiale vil skabe en elektrisk spændingsforskel, Hall-spændingen, på tværs af såvel strømretningen som magnetfeltet. For en elektrisk ledende plade, hvori der løber en strøm I påvirket af et derpå vinkelret magnetfelt med fluxtæthed B, er Hall-spændingen givet ved V_H = R_HBI/d, hvor d er pladens tykkelse, og R_H er den såkaldte Hall-koefficient. For ledende materialer med kun én type ladningsbærere er R_H = 1/Ne, hvor N er tætheden af ladningsbærere, og e er elektronens ladning. Med flere typer ladningsbærere er udtrykket for R_H mere kompliceret, men det bliver igen simpelt ved kraftige magnetfelter: R_H = -1/(N-P)e, hvor N og P er tætheden af hhv. elektroner og huller. Halvledere, der har meget få ladningsbærere og dermed stor Hall-koefficient, udnyttes i Hall-sensorer til måling af magnetfelter.

I todimensionale elektrongasser forekommer et specielt kvantefænomen, som betegnes kvante-Hall-effekten. Todimensionale elektronsystemer optræder ved lave temperaturer (ca. 1 K) i MOSFETs (Metal oxide semiconductor field-effect transistors) og GaAs/GaAlAs heterostrukturer. Hall-modstanden, ρ_xy, som er Hall-spændingen divideret med den elektriske strøm gennem elektrongassen, antager for kraftige magnetfelter i disse systemer kun værdierne h/ne², hvor h er Plancks konstant, e elektronens ladning og n et helt tal.

Kvante-Hall-effekten blev opdaget i 1980 af Klaus von Klitzing, som for dette arbejde fik nobelprisen i fysik i 1985. Effekten benyttes til fastlæggelse af enheden ohm for elektrisk modstand. Hall-modstanden for n = 1 er h/e² = 25.812,807 Ω og kaldes von Klitzing-konstanten R_K.